KR102650379B1 - Graphene fiber manufactured by joule heating and fabricating method of the same - Google Patents
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Abstract
그래핀 파이버의 제조 방법이 제공된다. 상기 그래핀 파이버의 제조 방법은, 그래핀 산화물(graphene oxide)을 포함하는 소스 용액을 준비하는 단계, 상기 소스 용액을 응고 용액 내에 방사시켜, 그래핀 산화물 파이버(fiber)를 제조하는 단계, 상기 그래핀 산화물 파이버를 환원시켜, 1차 그래핀 파이버를 제조하는 단계, 및 상기 1차 그래핀 파이버를 줄히팅(joule heating)하여 2차 그래핀 파이버를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. A method for manufacturing graphene fiber is provided. The method for producing the graphene fiber includes preparing a source solution containing graphene oxide, spinning the source solution into a coagulation solution to produce a graphene oxide fiber, the graphene oxide It may include manufacturing a primary graphene fiber by reducing the pin oxide fiber, and manufacturing a secondary graphene fiber by joule heating the primary graphene fiber.
Description
본 발명은 줄 히팅 방법으로 제조된 그래핀 파이버 및 그 제조 방법에 관련된 것으로서, 그래핀 산화물 파이버를 환원시키는 방법을 이용한 줄 히팅 방법으로 제조된 그래핀 파이버 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a graphene fiber manufactured by a joule heating method and a method of manufacturing the same. It relates to a graphene fiber manufactured by a joule heating method using a method of reducing graphene oxide fiber and a method of manufacturing the same.
최근에 IT 기술의 빠른 성장과 더불어 언제 어디서나 쉽게 정보를 얻고자 하는 경향은 더욱 강해지고 보편화 되고 있다. 스마트 휴대전화와 같은 휴대기기를 들고 다니며 TV나 영화를 감상하는 일이 우리 삶의 일부가 되면서, 더욱 얇고 가볍고 휴대하기 편리한 새로운 휴대 정보통신기기가 요구되고 있고, 더 나아가서 디자인 변형이 자유로우며 떨어뜨려도 깨지지 않으며 유연한 특성으로 인해 종이처럼 접거나 휘어지거나 두루마리처럼 말 수도 있는 bending이 자유롭고 좀 더 가벼운 섬유(Fiber) 기반의 Wearable Electronics 소자가 e-Textile 용으로 주목받고 있다. 또한 최근 섬유와 IT기술의 융합이 가속화되면서 'wearable Electronics'의 가능성이 높아지고 있다.Recently, with the rapid growth of IT technology, the tendency to easily obtain information anytime, anywhere is becoming stronger and more common. As carrying around portable devices such as smart phones and watching TV or movies has become a part of our lives, there is a demand for new portable information and communication devices that are thinner, lighter, and more convenient to carry. Furthermore, the design can be freely modified and can withstand dropping. Due to its unbreakable and flexible nature, fiber-based wearable electronics devices that can be folded, bent, or rolled like paper without bending and are lighter are attracting attention for e-Textile use. Additionally, as the convergence of textiles and IT technology has accelerated recently, the potential for 'wearable electronics' is increasing.
이러한 추세에 발맞추어 스마트 전자 의류, 착용형 연산 소자(wearable computing device), 증착형 디스플레이 (wearable display), 지능형 섬유(Smart Fabrics) 등에 사용되는 가는 실 형태의 유연한 전자 섬유(e-Textile 또는 e-Fiber)에 전도체, 반도체 및 절연체의 기능성 소재에 관한 연구가 활발히 진해되고 있다. 예를 들어, 대한민국 특허 공개 번호 10-2013-0116598(출원번호: 10-2012-0039129, 출원인: 한국전자통신연구원)에는, 지지섬유를 제조하는 단계, 그래핀 산화물 함유 용액을 제조하는 단계, 상기 지지섬유를 상기 그래핀 산화물 함유 용액으로 코팅하여 그래핀 산화물 복합섬유를 제조하는 단계, 및 상기 복합섬유로부터 상기 지지섬유를 분리하는 단계를 포함하는 그래핀 섬유 제조방법이 제공된다. In line with this trend, flexible electronic fibers (e-Textile or e-textiles) in the form of thin threads are used in smart electronic clothing, wearable computing devices, wearable displays, and smart fabrics. Research on functional materials for conductors, semiconductors, and insulators (fibers) is being actively conducted. For example, in Korean Patent Publication No. 10-2013-0116598 (application number: 10-2012-0039129, applicant: Electronics and Telecommunications Research Institute), there are steps of preparing a support fiber, preparing a solution containing graphene oxide, the above. A method for producing graphene fibers is provided, including manufacturing graphene oxide composite fibers by coating support fibers with the graphene oxide-containing solution, and separating the support fibers from the composite fibers.
이 밖에도 그래핀 섬유에 관한 다양한 기술들이 지속적으로 연구, 개발되고 있다. In addition, various technologies related to graphene fiber are continuously being researched and developed.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 전기전도도가 향상된 줄 히팅 방법으로 제조된 그래핀 파이버 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. One technical problem to be solved by the present invention is to provide a graphene fiber manufactured by a string heating method with improved electrical conductivity and a method of manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 간단한 공정으로 제조가 가능한 줄 히팅 방법으로 제조된 그래핀 파이버 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a graphene fiber manufactured by a string heating method that can be manufactured in a simple process and a method of manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 비정질 탄소들이 결정화된 줄 히팅 방법으로 제조된 그래핀 파이버 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a graphene fiber manufactured by a Joule heating method in which amorphous carbon is crystallized and a method for manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다. The technical problems to be solved by the present invention are not limited to those described above.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 그래핀 파이버의 제조 방법을 제공한다. In order to solve the above-described technical problems, the present invention provides a method for manufacturing graphene fiber.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 파이버의 제조 방법은, 그래핀 산화물(graphene oxide)을 포함하는 소스 용액을 준비하는 단계, 상기 소스 용액을 응고 용액 내에 방사시켜, 그래핀 산화물 파이버(fiber)를 제조하는 단계, 상기 그래핀 산화물 파이버를 환원시켜, 1차 그래핀 파이버를 제조하는 단계, 및 상기 1차 그래핀 파이버를 줄히팅(joule heating)하여 2차 그래핀 파이버를 제조하는 단계를 포함하되, 상기 1차 그래핀 파이버는 줄히팅 됨에 따라, 상기 1차 그래핀 파이버 내의 비정질 탄소들이 결정화되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the method for producing the graphene fiber includes preparing a source solution containing graphene oxide, spinning the source solution into a coagulation solution to produce a graphene oxide fiber. It includes a manufacturing step, reducing the graphene oxide fiber to manufacture a primary graphene fiber, and joule heating the primary graphene fiber to manufacture a secondary graphene fiber, , As the primary graphene fiber is Joule heated, amorphous carbon in the primary graphene fiber may be crystallized.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 파이버의 제조 방법은, 상기 1차 그래핀 파이버의 환원 레벨에 따라, 상기 2차 그래핀 파이버를 제조하는 단계에서, 상기 1차 그래핀 파이버의 줄히팅을 위해 상기 1차 그래핀 파이버에 인가되는 전류값이 제어되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the method for manufacturing the graphene fiber includes, in the step of manufacturing the secondary graphene fiber, according to the reduction level of the primary graphene fiber, for string heating of the primary graphene fiber. It may include controlling the current value applied to the primary graphene fiber.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 파이버의 제조 방법은, 상기 1차 그래핀 파이버를 제조하는 단계에서, 상기 1차 그래핀 파이버의 환원 레벨이 증가함에 따라, 상기 2차 그래핀 파이버를 제조하는 단계에서, 상기 1차 그래핀 파이버의 줄히팅을 위해 상기 1차 그래핀 파이버에 인가되는 전류값이 증가되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the method for manufacturing the graphene fiber includes manufacturing the secondary graphene fiber as the reduction level of the primary graphene fiber increases in the step of manufacturing the primary graphene fiber. In the step, the current value applied to the primary graphene fiber may be increased for string heating of the primary graphene fiber.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 파이버의 제조 방법은, 상기 소스 용액 내의 상기 그래핀 산화물의 농도가 증가함에 따라, 상기 2차 그래핀 파이버의 전기 전도도가 증가하는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the method of manufacturing the graphene fiber may include increasing the electrical conductivity of the secondary graphene fiber as the concentration of the graphene oxide in the source solution increases.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 파이버의 제조 방법은, 상기 소스 용액의 방사 속도가 증가함에 따라, 상기 2차 그래핀 파이버를 제조하는 단계에서, 상기 1차 그래핀 파이버의 줄히팅을 위해 상기 1차 그래핀 파이버에 인가되는 전류값이 증가되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the method for manufacturing the graphene fiber includes, as the spinning speed of the source solution increases, in the step of manufacturing the secondary graphene fiber, for string heating of the primary graphene fiber. This may include increasing the current value applied to the primary graphene fiber.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 파이버의 제조 방법은, 상기 소스 용액 내의 상기 그래핀 산화물의 농도, 또는 상기 소스 용액의 방사 속도가 제어됨에 따라, 상기 2차 그래핀 파이버의 신장률이 제어되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the method of manufacturing the graphene fiber includes controlling the elongation rate of the secondary graphene fiber as the concentration of the graphene oxide in the source solution or the spinning speed of the source solution is controlled. It can be included.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1차 그래핀 파이버를 제조하는 단계는, 환원제를 포함하는 환원 용액을 준비하는 단계, 및 상기 환원 용액 내에 상기 그래핀 산화물 파이버를 침지시키는 단계를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the step of manufacturing the first graphene fiber may include preparing a reducing solution containing a reducing agent, and immersing the graphene oxide fiber in the reducing solution.
일 실시 예에 따르면, 상기 2차 그래핀 파이버를 제조하는 단계는, 롤투롤(roll-to-roll) 공정으로 수행되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the step of manufacturing the secondary graphene fiber may include being performed in a roll-to-roll process.
일 실시 예에 따르면, 상기 롤투롤 공정에서, 롤러(roller)는 전극으로 사용되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, in the roll-to-roll process, a roller may be used as an electrode.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 그래핀 파이버를 제공한다. In order to solve the above-mentioned technical problems, the present invention provides graphene fiber.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 파이버는, 그래핀 산화물 파이버가 환원된 1차 그래핀 파이버가 줄히팅(joule heating)된 2차 그래핀 파이버를 포함하되, 상기 2차 그래핀 파이버는, 복수의 그래핀 시트가 응집되어 일 방향으로 연장하는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the graphene fiber includes a secondary graphene fiber obtained by joule heating a primary graphene fiber in which graphene oxide fiber is reduced, and the secondary graphene fiber includes a plurality of It may include the graphene sheets being aggregated and extending in one direction.
일 실시 예에 따르면, 상기 1차 그래핀 파이버의 결정화도는, 상기 2차 그래핀 파이버의 결정화도 보다 낮은 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the crystallinity of the primary graphene fiber may be lower than that of the secondary graphene fiber.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 파이버는, 상기 1차 그래핀 파이버 및 상기 2차 그래핀 파이버는, 각각, 복수의 상기 그래핀 시트가 적층된 적층 구조체를 포함하되, 상기 2차 그래핀 파이버의 상기 적층 구조체의 두께 및 상기 그래핀 시트의 결정립 크기는, 상기 1차 그래핀 파이버의 상기 적층 구조체의 두께 및 상기 그래핀 시트의 결정립 크기보다 큰 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the graphene fiber, the primary graphene fiber and the secondary graphene fiber each include a stacked structure in which a plurality of the graphene sheets are stacked, and the secondary graphene fiber The thickness of the layered structure and the grain size of the graphene sheet may include greater than the thickness of the layered structure of the primary graphene fiber and the grain size of the graphene sheet.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 파이버는, 상기 1차 그래핀 파이버에 인가되는 전류값이 증가됨에 따라, 상기 2차 그래핀 파이버의 전기전도도가 증가되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the graphene fiber may include an increase in electrical conductivity of the secondary graphene fiber as the current value applied to the primary graphene fiber increases.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 파이버는, 상기 1차 그래핀 파이버의 환원 레벨에 따라, 상기 1차 그래핀 파이버의 줄히팅을 위해 상기 1차 그래핀 파이버에 인가되는 전류값이 제어되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the graphene fiber is such that the current value applied to the primary graphene fiber is controlled for string heating of the primary graphene fiber according to the reduction level of the primary graphene fiber. It can be included.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 파이버는, 상기 2차 그래핀 파이버 내에 복수의 상기 그래핀 시트의 배향도에 따라, 상기 1차 그래핀 파이버에 인가되는 전류값이 제어되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the graphene fiber may include controlling a current value applied to the primary graphene fiber according to the degree of orientation of the plurality of graphene sheets within the secondary graphene fiber.
본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 제조 방법은, 그래핀 산화물을 포함하는 소스 용액을 준비하는 단계, 상기 소스 용액을 응고 용액 내에 방사시켜, 상기 그래핀 산화물 파이버를 제조하는 단계, 상기 그래핀 산화물 파이버를 환원시켜, 1차 그래핀 파이버를 제조하는 단계, 및 상기 1차 그래핀 파이버를 줄히팅(joule heating)하여 2차 그래핀 파이버를 제조하는 단계를 포함하되, 상기 1차 그래핀 파이버는 줄히팅 됨에 따라, 상기 1차 그래핀 파이버 내의 비정질 탄소들이 결정화되는 것을 포함할 수 있다. 이에 따라, 간소화된 공정으로 전기전도도가 향상된 고효율의 그래핀 파이버가 제공될 수 있다. A method for producing graphene fiber according to an embodiment of the present invention includes preparing a source solution containing graphene oxide, spinning the source solution into a coagulation solution to produce the graphene oxide fiber, and manufacturing the graphene oxide fiber. Reducing the pin oxide fiber to produce a primary graphene fiber, and joule heating the primary graphene fiber to produce a secondary graphene fiber, wherein the primary graphene As the fiber is joule heated, amorphous carbon in the primary graphene fiber may crystallize. Accordingly, a highly efficient graphene fiber with improved electrical conductivity can be provided through a simplified process.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 제조 방법 중 2차 그래핀 파이버를 제조하는 다른 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버 및 그 제조 장치를 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 내구성을 나타내는 그래프이다.
도 8및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버 내부의 구조적 특징을 나타내는 그래프이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 전기적 특성을 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 발생하는 빛을 측정하고 촬영한 그래프 및 사진이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 전류가 인가되기 전과 인가된 후를 비교하는 사진이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 단면을 촬영한 사진이다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 인가되는 전류에 따른 내부 구조를 비교하는 그래프이다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버 내부의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 구조적 특징을 그래파이트와 비교한 그래프이다.
도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버 내부의 탄소 및 산소의 비율을 나타내는 그래프이다.
도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 WAXD 사진이다.
도 23 및 도 24는 도 22에서 촬영된 사진들의 특성을 분석하여 나타낸 그래프이다.
도 25는 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 인가되는 전류값에 따른 내부 구조를 비교하는 그래프이다.
도 26은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 인가되는 전류에 따른 내부 구조 변화를 나타내는 도면이다.
도 27은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 온도를 촬영한 사진 및 그래프이다.
도 28은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버와 구리 와이어의 특성을 비교한 그래프이다.
도 29는 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버와 공기중 산소와의 반응을 나타내는 그래프이다. 1 is a flowchart explaining a method for manufacturing graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
2 to 4 are diagrams showing the manufacturing process of graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram showing another example of manufacturing a secondary graphene fiber among the methods for manufacturing graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a photograph of the graphene fiber and its manufacturing device according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a graph showing the durability of graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
Figures 8 and 9 are graphs showing structural features inside a graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
10 and 11 are graphs showing the electrical characteristics of graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
Figure 12 is a graph showing the temperature change of graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
Figures 13 and 14 are graphs and photographs taken by measuring light generated in a graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
Figure 15 is a photograph comparing before and after current is applied to the graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
Figures 16 and 17 are photographs of a cross-section of a graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
Figure 18 is a graph comparing the internal structure according to the current applied to the graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
Figure 19 is a graph showing internal characteristics of a graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
Figure 20 is a graph comparing the structural characteristics of graphene fiber and graphite according to an embodiment of the present invention.
Figure 21 is a graph showing the ratio of carbon and oxygen inside a graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
Figure 22 is a WAXD photograph of a graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
Figures 23 and 24 are graphs showing analysis of the characteristics of the photos taken in Figure 22.
Figure 25 is a graph comparing the internal structure according to the current value applied to the graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
Figure 26 is a diagram showing changes in the internal structure depending on the current applied to the graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
Figure 27 is a photograph and graph of the temperature of the graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
Figure 28 is a graph comparing the characteristics of graphene fiber and copper wire according to an embodiment of the present invention.
Figure 29 is a graph showing the reaction between graphene fiber and oxygen in the air according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the technical idea of the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and so that the spirit of the invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when an element is referred to as being on another element, it means that it may be formed directly on the other element or that a third element may be interposed between them. Additionally, in the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical content.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.Additionally, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one component from another. Accordingly, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. Additionally, in this specification, 'and/or' is used to mean including at least one of the components listed before and after.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.In the specification, singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In addition, terms such as "include" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, components, or a combination thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features, numbers, steps, or components. It should not be understood as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof. Additionally, in this specification, “connection” is used to mean both indirectly connecting and directly connecting a plurality of components.
또한, 본 명세서에서 사용되는 '환원 레벨'은, 환원된 정도를 의미한다. 즉, 환원 레벨이 높다는 것은 환원되는 대상체가 완전한 환원 상태 또는 이에 가깝다는 것을 의미하고, 환원 레벨이 낮다는 것은 환원되는 대상체가 본래의 상태 또는 이에 가깝다는 것을 의미한다. Additionally, 'reduction level' used in this specification means the degree of reduction. That is, a high reduction level means that the object to be reduced is in a completely reduced state or close to it, and a low reduction level means that the object to be reduced is in its original state or close to it.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.Additionally, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 제조 방법을 설명하는 순서도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 제조 공정을 나타내는 도면이다. FIG. 1 is a flowchart explaining a method of manufacturing graphene fiber according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 4 are diagrams showing a manufacturing process of graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 소스 용액(10)이 준비될 수 있다(S100). 상기 소스 용액(10)은 그래핀 산화물(graphene oxide)을 포함할 수 있다. 상기 소스 용액(10)은, 상기 그래핀 산화물이 용매에 첨가되어 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 용매는, 물 또는 유기 용매일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 용매는, 디메틸석폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 에틸렌글리콜(ethylene glycol), N-메틸-2-피페리돈(n-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF) 중 어느 하나일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 소스 용액(20)은, 상기 그래핀 산화물이 상기 유기 용매에 5 mg/mL의 농도로 첨가되어 제조될 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2, the
상기 소스 용액(10)은, 응고 용액(20) 내에 방사되어 그래핀 산화물 파이버(30)가 제조될 수 있다(S200). 상기 응고 용액(20)은 응고제(coagulant)를 포함할 수 있다. 상기 응고 용액(20) 내에 상기 소스 용액(10)이 방사되어 제조된 상기 그래핀 산화물 파이버(30)는, 상기 응고 용액(20) 내에 포함된 상기 응고제에 의해 응고될 수 있다. The
일 실시 예에 따르면, 상기 응고제는, 염화칼슘(CaCl2), 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 염화나트륨(NaCl), 황산구리(CuSO4), 세틸트리메틸암모늄브로미드(Cetyltrimethylammonium bromide, CTAB), 또는 키토산According to one embodiment, the coagulant is calcium chloride (CaCl2), potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), sodium chloride (NaCl), copper sulfate (CuSO4), cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), or Chitosan
(chitosan) 중 어느 하나일 수 있다.(chitosan).
일 실시 예에 따르면, 도 2에서 알 수 있듯이, 소스 용기(100)에 담긴 상기 소스 용액(10)은, 상기 소스 용기(100)에 연결된 방사구(120)를 통해, 상기 응고 용액(20)이 담긴 응고욕(200)으로 방사될 수 있다. According to one embodiment, as can be seen in FIG. 2, the
상기 그래핀 산화물 파이버(30)는 상기 응고 용액(20)으로부터 분리되어 세척, 및 건조될 수 있다. 상기 그래핀 산화물 파이버(30)는, 가이드 롤러(guide roller, 130)에 의해 상기 응고 용액(20)이 담긴 상기 응고욕(200)으로부터 분리되어 외부로 나올 수 있다. 상기 응고 용액(20)으로부터 분리된 상기 그래핀 산화물 파이버(30)는, 상기 응고제를 포함할 수 있다. The
이에 따라, 세척 공정에 의해, 상기 그래핀 산화물 파이버(30)에 잔존하는 상기 응고제의 적어도 일부가 제거될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 세척 공정에 사용되는 세척 용액은, 알코올성 수용액일 수 있다. Accordingly, at least a portion of the coagulant remaining in the
일 실시 예에 따르면, 상기 분리 및 세척 공정을 통해, 상기 그래핀 산화물 파이버(30)에 포함된 수분이 공기 중에서 자연 건조될 수 있다. 또한, 가열 공정을 통해, 공기 중에서 자연 건조된 상기 그래핀 산화물 파이버(30)가 이차적으로 건조될 수 있다. 즉, 상기 가열 공정을 통해, 상기 그래핀 산화물 파이버(30)에 잔존하는 물의 적어도 일부가 제거될 수 있다. According to one embodiment, through the separation and washing process, moisture contained in the
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 산화물 파이버(30)는, 상기 가열 공정을 통해 건조되는 동시에, 권취될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 세척 공정이 종료된 후, 상기 그래핀 산화물 파이버(30)는, 상기 건조 공정이 수행되는 동시에, 와인딩 롤러(winding roller, 140)에 의하여 권취될 수 있다. According to one embodiment, the
도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 그래핀 산화물 파이버(30)는 환원되어, 1차 그래핀 파이버(50)가 제조될 수 있다(S300). 일 실시 예에 따르면, 상기 1차 그래핀 파이버(50)를 제조하는 단계는, 환원제를 포함하는 환원 용액(40)을 준비하는 단계, 및 상기 환원 용액(40) 내에 상기 그래핀 산화물 파이버(30)를 침지시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 환원제는 Hydroiodic acid(HI)일 수 있다. 예를 들어, 상기 환원 용액(40)은, 50 wt%의 농도를 갖는 HI 와 50 wt%의 농도를 갖는 물이 혼합된 용액일 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 3, the
일 실시 예에 따르면, 상기 1차 그래핀 파이버(50)를 제조하는 단계에서, 상기 환원 용액(40)이 포함하는 상기 환원제의 농도 및 상기 환원 용액 내에 상기 그래핀 산화물 파이버(30)가 침지되는 시간을 제어함에 따라, 상기 1차 그래핀 파이버(50)의 환원 레벨이 제어될 수 있다. According to one embodiment, in the step of manufacturing the
구체적으로, 상기 환원 용액(40)이 포함하는 상기 환원제의 농도가 증가되는 경우, 상기 1차 그래핀 파이버(50)의 환원 레벨이 증가될 수 있다. 또한, 상기 환원 용액 내에 상기 그래핀 산화물 파이버(30)가 침지되는 시간이 증가됨에 따라, 상기 1차 그래핀 파이버(50)의 환원 레벨이 증가될 수 있다. Specifically, when the concentration of the reducing agent included in the reducing
반면, 상기 환원 용액(40)이 포함하는 상기 환원제의 농도가 감소되는 경우, 상기 1차 그래핀 파이버(50)의 환원 레벨이 감소될 수 있다. 또한, 상기 환원 용액 내에 상기 그래핀 산화물 파이버(30)가 침지되는 시간이 감소됨에 따라, 상기 1차 그래핀 파이버(50)의 환원 레벨이 감소될 수 있다. On the other hand, when the concentration of the reducing agent included in the reducing
또는, 다른 실시 예에 따르면, 환원 가스 분위기에서, 상기 그래핀 산화물 파이버(30)가 환원되어, 상기 1차 그래핀 파이버(50)가 제조될 수 있다. 이때, 상기 환원 가스의 농도가 증가되거나, 상기 환원 가스가 제공시간이 증가되는 경우 상기 1차 그래핀 파이버(50)의 환원 레벨이 증가될 수 있다. 반면, 상기 환원 가스의 농도가 감소되고나, 상기 환원 가스가 제공되는 시간이 감소되는 경우 상기 1차 그래핀 파이버(50)의 환원 레벨이 감소될 수 있다. Alternatively, according to another embodiment, the
도 1 및 도 4를 참조하면, 상기 1차 그래핀 파이버(50)는 줄히팅(joule heating)되어 2차 그래핀 파이버(60)가 제조될 수 있다(S400). 일 실시 예에 따르면, 상기 1차 그래핀 파이버(50)를 줄히팅하기 위한 줄히팅 장치는, 챔버(300), 및 전원(330)으로 구성될 수 있다. 상기 챔버(300)는, 전극(310), 및 가스 주입구(320)를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 4, the
상기 1차 그래핀 파이버(50)는 상기 챔버(300) 내의 상기 전극(310) 사이에 배치되어 줄히팅 될 수 있다. 예를 들어, 상기 전극(310)은 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 챔버(300)의 내부는 상기 가스 주입구(320)를 통해 주입된 비활성 가스로 채워질 수 있다. 예를 들어, 상기 비활성 가스는 아르곤(Ar) 가스일 수 있다. The
상기 1차 그래핀 파이버(50)는, 줄히팅 됨에 따라, 상기 1차 그래핀 파이버 (50)내의 비정질 탄소들이 결정화될 수 있다. 즉, 상기 2차 그래핀 파이버(60)는, 상기 1차 그래핀 파이버(50) 내의 비정질 탄소들이 결정화된 것일 수 있다. 이에 따라, 상기 2차 그래핀 파이버(60)는, 복수의 그래핀 시트가 응집되어 일 방향으로 연장될 수 있다. As the
일 실시 예에 따르면, 상기 1차 그래핀 파이버(50) 및 상기 2차 그래핀 파이버(60)는 각각 복수의 그래핀 시트가 적층된 적층 구조체를 포함할 수 있다. 이때, 상기 1차 그래핀 파이버(50)는, 줄히팅 됨에 따라, 적층 구조체의 두께 및 그래핀 시트의 결정립 크기가 변화될 수 있다. 구체적으로, 상기 1차 그래핀 파이버(50)는, 줄히팅 됨에 따라, 적층 구조체의 두께 및 그래핀 시트의 결정립 크기가 증가될 수 있다. 이에 따라, 상기 2차 그래핀 파이버(60)의 적층 구조체의 두께 및 그래핀 시트의 결정립 크기는, 상기 1차 그래핀 파이버(50)의 적층 구조체의 두께 및 그래핀 시트의 결정립 크기보다 클 수 있다. 다시 말해, 상기 1차 그래핀 파이버(50)의 결정화도는, 상기 2차 그래핀 파이버(60)의 결정화도 보다 낮을 수 있다. According to one embodiment, the
상기 2차 그래핀 파이버(60)의 신장률(elongation percentage)은, 상기 소스 용액(10) 내의 상기 그래핀 산화물의 농도, 또는 상기 소스 용액(10)의 방사 속도에 따라 제어될 수 있다. The elongation percentage of the
구체적으로, 상기 소스 용액(10) 내의 상기 그래핀 산화물의 농도가 증가하는 경우, 상기 2차 그래핀 파이버(60)의 배향도(degree of orientation)는 감소되고, 상기 2차 그래핀 파이버(60)의 기공도는 증가할 수 있다. 이에 따라, 상기 2차 그래핀 파이버(60)의 신장률은 증가될 수 있다. Specifically, when the concentration of the graphene oxide in the
또한, 상기 소스 용액(10)의 방사 속도가 감소하는 경우, 상기 2차 그래핀 파이버(60)의 배향도(degree of orientation)는 감소되고, 상기 2차 그래핀 파이버(60)의 기공도는 증가할 수 있다. 이에 따라, 상기 2차 그래핀 파이버(60)의 신장률이 증가될 수 있다. In addition, when the spinning speed of the
상기 2차 그래핀 파이버의 전기전도도(electric conductivity)는, 상기 1차 그래핀 파이버(50)에 인가되는 전류값에 따라 제어될 수 있다. 구체적으로, 상기 1차 그래핀 파이버(50)에 인가되는 전류값이 증가됨에 따라, 상기 2차 그래핀 파이버(60)의 전기전도도가 증가될 수 있다. Electric conductivity of the secondary graphene fiber can be controlled according to the current value applied to the
또한, 상기 1차 그래핀 파이버(50)에 인가되는 전류값은, 상기 1차 그래핀 파이버(50)의 환원 레벨, 또는 상기 소스 용액(10)의 방사 속도에 의하여 제어될 수 있다. Additionally, the current value applied to the
즉, 상기 1차 그래핀 파이버(50)의 환원 레벨, 또는 상기 소스 용액(10)의 방사 속도에 따라, 상기 1차 그래핀 파이버(50)에 인가되는 전류값이 조절되고, 이는 상기 2차 그래핀 파이버(60)의 전기전도도 제어로 이어질 수 있다. 이하, 상기 1차 그래핀 파이버(50)에 인가되는 전류값을 제어하기 위한 각각의 메커니즘들이 구체적으로 설명된다. That is, depending on the reduction level of the
일 실시 예에 따르면, 상기 1차 그래핀 파이버(50)에 인가되는 전류값은, 상기 1차 그래핀 파이버(50)의 환원 레벨에 따라 제어될 수 있다. 구체적으로, 상기 1차 그래핀 파이버(50)의 환원 레벨이 증가함에 따라, 상기 1차 그래핀 파이버(50)에 인가되는 전류값이 증가될 수 있다. According to one embodiment, the current value applied to the
즉, 상기 1차 그래핀 파이버(50)의 환원 레벨이 낮은 경우, 상기 1차 그래핀 파이버(50) 내부의 산소 농도가 높아짐에 따라, 상기 1차 그래핀 파이버(50)의 저항이 높아질 수 있다. 이때, 상기 1차 그래핀 파이버(50)에 인가되는 전류값을 증가시키는 경우, 상기 1차 그래핀 파이버(50)가 끊어지는 현상이 발생할 수 있다. 이에 따라, 상기 1차 그래핀 파이버(50)의 환원 레벨이 낮은 경우, 상기 1차 그래핀 파이버(50)에 인가되는 전류값이 상대적으로 낮도록 제어될 수 있다.That is, when the reduction level of the
반면, 상기 1차 그래핀 파이버(50)의 환원 레벨이 높은 경우, 상기 1차 그래핀 파이버(50) 내부의 산소 농도가 낮아짐에 따라, 상기 1차 그래핀 파이버(50)의 저항이 낮아질 수 있다. 이에 따라, 상기 1차 그래핀 파이버(50)에 인가되는 전류값이 상대적으로 높도록 제어될 수 있다.On the other hand, when the reduction level of the
다른 실시 예에 따르면, 상기 1차 그래핀 파이버(50)에 인가되는 전류값은, 상기 소스 용액(10)의 방사 속도에 따라 제어될 수 있다. 구체적으로, 상기 소스 용액(10)의 방사 속도가 증가함에 따라, 상기 1차 그래핀 파이버(50)에 인가되는 전류값이 증가될 수 있다. According to another embodiment, the current value applied to the
즉, 상기 소스 용액(10)의 방사 속도가 감소하는 경우, 상기 1차 그래핀 파이버(50) 내의 복수의 상기 그래핀들의 배향도가 낮아짐에 따라, 상기 1차 그래핀 파이버(50)의 저항이 높아질 수 있다. 이때, 상기 1차 그래핀 파이버(50)에 인가되는 전류값을 증가시키는 경우, 상기 1차 그래핀 파이버(50)가 끊어지는 현상이 발생할 수 있다. 이에 따라, 상기 소스 용액(10)의 방사 속도가 상대적으로 낮은 경우, 상기 1차 그래핀 파이버(50)에 인가되는 전류값이 상대적으로 낮도록 제어될 수 있다.That is, when the spinning speed of the
반면, 상기 소스 용액(10)의 방사 속도가 높은 경우, 상기 1차 그래핀 파이버(50) 내의 복수의 상기 그래핀들의 배향도가 높아짐에 따라, 상기 1차 그래핀 파이버(50)의 저항이 낮아질 수 있다. 이에 따라, 상기 1차 그래핀 파이버(50)에 인가되는 전류값이 상대적으로 높도록 제어될 수 있다.On the other hand, when the spinning speed of the
다시 말해, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버는, 상기 1차 그래핀 파이버(50)의 환원 레벨을 증가시키거나, 상기 소스 용액(10)의 방사 속도를 증가시키는 방법을 통해, 상기 1차 그래핀 파이버(50)의 줄히팅을 위해 상기 1차 그래핀 파이버(50)에 인가되는 전류값을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 2차 그래핀 파이버(60)의 전기전도도가 증가되어, 고효율의 그래핀 파이버가 제조될 수 있다. In other words, the graphene fiber according to the embodiment is a method of increasing the reduction level of the
또한, 상기 2차 그래핀 파이버의 전기전도도를 향상시키기 위하여, 상기 소스 용액(10) 내의 상기 그래핀 산화물의 농도가 제어될 수 있다. 구체적으로, 상기 소스 용액(10) 내의 상기 그래핀 산화물의 농도가 증가함에 따라, 상기 2차 그래핀 파이버의 전기전도도가 향상될 수 있다. Additionally, in order to improve the electrical conductivity of the secondary graphene fiber, the concentration of the graphene oxide in the
즉, 상기 소스 용액(10) 내의 상기 그래핀 산화물의 농도가 증가하는 경우, 상기 2차 그래핀 파이버 내의 그래핀 시트가 증가하게 되고, 이에 따라 상기 2차 그래핀 파이버의 전기전도도가 향상될 수 있다. That is, when the concentration of the graphene oxide in the
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 제조 방법 중 2차 그래핀 파이버를 제조하는 다른 실시 예를 나타내는 도면이다.Figure 5 is a diagram showing another example of manufacturing a secondary graphene fiber among the methods for manufacturing graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 5를 참조하면, 상기 1차 그래핀 파이버(50)를 줄히팅하여, 상기 2차 그래핀 파이버(60)를 제조하는 단계(S400)는, 롤투롤(roll-to-roll) 공정으로 수행될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 롤투롤 공정을 수행하기 위한 롤투롤 장치(400)는 롤러(roller, 410), 및 전극(420)을 포함할 수 있다. Referring to Figures 1 and 5, the step (S400) of string heating the
일 실시 예에 따르면, 상기 롤러(410)는 서로 이격되어 복수 개 제공될 수 있다. 상기 롤러(410) 상에는 상기 1차 그래핀 파이버(50)가 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 1차 그래핀 파이버(50)는 상기 롤러(410)의 회전에 의하여 이동될 수 있다. 상기 1차 그래핀 파이버(50)는, 상기 롤러(410)에 의해 이동되는 동안 상기 전극(420)과 접촉되어 줄히팅 될 수 있다. According to one embodiment, a plurality of
일 실시 예에 따르면, 상기 전극(420)은 상기 1차 그래핀 파이버(50) 상에 서로 이격되어 제공될 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 상기 롤러(410)가 상기 전극(420)으로 사용될 수 있다. According to one embodiment, the
본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 제조 방법은, 상기 그래핀 산화물을 포함하는 상기 소스 용액(10)을 준비하는 단계, 상기 소스 용액(10)을 상기 응고 용액(20) 내에 방사시켜, 상기 그래핀 산화물 파이버(30)를 제조하는 단계, 상기 그래핀 산화물 파이버(30)를 환원시켜, 상기 1차 그래핀 파이버(50)를 제조하는 단계, 및 상기 1차 그래핀 파이버(50)를 줄히팅(joule heating)하여 상기 2차 그래핀 파이버(60)를 제조하는 단계를 포함하되, 상기 1차 그래핀 파이버(50)는 줄히팅 됨에 따라, 상기 1차 그래핀 파이버(50) 내의 비정질 탄소들이 결정화되는 것을 포함할 수 있다. 이에 따라, 전기전도도가 향상된 고효율의 그래핀 파이버가 제공될 수 있다. The method for producing graphene fiber according to an embodiment of the present invention includes preparing the
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다. Hereinafter, specific experimental examples and property evaluation results of graphene fibers according to embodiments of the present invention will be described.
실시 예에 따른 According to the embodiment 그래핀graphene 파이버 제조 fiber manufacturing
5 mg/mL 농도의 그래핀 산화물 용액이 준비된다. 그래핀 산화물 용액을 20 μm의 지름을 갖는 바늘을 통하여 20 mL/hour 의 속도로, 0.45 몰/L 농도의 CaCl2 용액으로 방사하여 그래핀 산화물 파이버를 제조하였다. A graphene oxide solution with a concentration of 5 mg/mL is prepared. Graphene oxide fibers were manufactured by spinning the graphene oxide solution into a CaCl2 solution with a concentration of 0.45 mol/L at a rate of 20 mL/hour through a needle with a diameter of 20 μm.
제조된 그래핀 산화물 파이버는, 50wt%의 농도를 갖는 hydroiodic acid(HI) 용액 및 50wt%의 농도를 갖는 물이 혼합된 용액을 80℃의 온도로 유지시키고, 이 용액 내에 1시간 동안 침지시키는 방법으로 환원시켜, 1차 그래핀 파이버를 제조하였다. The manufactured graphene oxide fiber was prepared by maintaining a mixture of a hydroiodic acid (HI) solution with a concentration of 50 wt% and water with a concentration of 50 wt% at a temperature of 80°C and immersing it in this solution for 1 hour. was reduced to produce primary graphene fiber.
이후, 환원된 그래핀 산화물 파이버를 아르곤으로 채워진 챔버내에 넣고, 구리 전극을 silver paste를 통해 연결한 후, 250 uA/s의 속도로 0mA 부터 100 mA까지의 전류를 인가하여 상기 실시 예에 다른 그래핀 파이버를 제조하였다. Thereafter, the reduced graphene oxide fiber was placed in a chamber filled with argon, the copper electrode was connected through silver paste, and a current from 0 mA to 100 mA was applied at a rate of 250 uA/s to produce another graphene according to the above example. A pin fiber was manufactured.
이하, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 특성평가 결과를 설명함에 있어, 그래프 내에 도시된 GOF는 그래핀 산화물 파이버를 나타내고, GF는 1차 그래핀 파이버를 나타내고, Current-treated GF는 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버를 나타낸다. Hereinafter, in explaining the characteristics evaluation results of the graphene fiber according to the above example, GOF shown in the graph represents the graphene oxide fiber, GF represents the primary graphene fiber, and Current-treated GF represents the above example. Indicates the graphene fiber according to .
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버 및 그 제조 장치를 촬영한 사진이다. Figure 6 is a photograph of the graphene fiber and its manufacturing device according to an embodiment of the present invention.
도 6의 (a)를 참조하면, 상기 그래핀 파이버의 제조 방법 중 그래핀 산화물 섬유를 일반 사진 촬영하였다. 도 6의 (a)에서 확인할 수 있듯이, 상기 그래핀 산화물 섬유는, 그래핀 산화물 용액이 CaCl2 용액 내에 방사됨에 따라 제조되는 것을 확인할 수 있었다. Referring to Figure 6 (a), a general photograph was taken of the graphene oxide fiber during the graphene fiber manufacturing method. As can be seen in (a) of FIG. 6, it was confirmed that the graphene oxide fiber was produced as the graphene oxide solution was spun into a CaCl2 solution.
도 6의 (b)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버를 SEM(scanning electron microscope) 촬영하였다. 도 6의 (b)에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버는, 내부에 복수의 그래핀 시트들이 적층되어 있는 것을 확인할 수 있었다. Referring to (b) of FIG. 6, the graphene fiber according to the above example was photographed with a scanning electron microscope (SEM). As can be seen in (b) of FIG. 6, it was confirmed that the graphene fiber according to the above example had a plurality of graphene sheets stacked inside.
도 6의 (c)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버를 제조하는 장치를 일반 사진 촬영하였다. 도 6의 (c)에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 제조 과정 중, 상기 1차 그래핀 파이버에 전류가 인가됨에 따라 열이 발생하는 것을 확인할 수 있었다. Referring to (c) of FIG. 6, a general photograph was taken of the apparatus for manufacturing graphene fiber according to the above example. As can be seen in (c) of FIG. 6, it was confirmed that heat was generated as current was applied to the primary graphene fiber during the manufacturing process of the graphene fiber according to the above embodiment.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 내구성을 나타내는 그래프이다. Figure 7 is a graph showing the durability of graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
도 7의 (a)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 인가되는 전류의 양 및 시간을 측정하여 나타내었다. 도 7의 (a)에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버는, 상기 1차 그래핀 파이버에 250 uA/s의 속도로 전류가 인가되는 경우, 466 초의 시간 동안 117mA의 전류가 인가된 경우, 끊어지는(breakage) 현상이 발생하는 것을 알 수 있다. Referring to Figure 7 (a), the amount and time of current applied to the graphene fiber according to the above example were measured and shown. As can be seen in (a) of FIG. 7, in the graphene fiber according to the above embodiment, when a current is applied to the primary graphene fiber at a rate of 250 uA/s, a current of 117 mA is applied for 466 seconds. In this case, it can be seen that a breakage phenomenon occurs.
도 7의 (b)를 참조하면, 도 7의 (a)에서 상술된 바와 같이, 1차 그래핀 파이버가 끊어진 것을 촬영한 사진이다. 도 7의 (b)에서 확인할 수 있듯이, 1차 그래핀 파이버에 466초의 시간 동안 117 mA의 전류가 인가된 경우, 1차 그래핀 파이버가 끊어지는 것을 알 수 있다. Referring to (b) of FIG. 7, it is a photograph taken of the breakage of the primary graphene fiber, as described above in (a) of FIG. 7. As can be seen in (b) of FIG. 7, when a current of 117 mA is applied to the primary graphene fiber for 466 seconds, the primary graphene fiber is broken.
도 8및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버 내부의 구조적 특징을 나타내는 그래프이다. Figures 8 and 9 are graphs showing structural features inside a graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 그래핀 산화물 파이버(GOF), 1차 그래핀 파이버(GF), 및 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버(Current-treated GF) 각각에 대해, Raman shift(cm-1)에 따른 Intensity(a.u.)를 나타내었다. Referring to FIG. 8, for each of the graphene oxide fiber (GOF), primary graphene fiber (GF), and graphene fiber (Current-treated GF) according to the above embodiment, Raman shift (cm -1 ) Intensity (au) is shown.
도 8에서 확인할 수 있듯이, 그래핀 산화물 파이버, 및 1차 그래핀 파이버의 경우 sp2 구조를 나타내는 G-band와 defective site구조를 나타내는 D-band가 둘 다 나타나지만, 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 경우, D-band는 실질적으로 나타나지 않고, G-band만 나타나는 것을 확인할 수 있다. 즉, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버는, 1차 그래핀 파이버가 줄히팅됨에 따라, 내부의 결함 구조들이 제거되는 것을 알 수 있다. As can be seen in Figure 8, in the case of the graphene oxide fiber and the primary graphene fiber, both the G-band indicating the sp2 structure and the D-band indicating the defective site structure appear, but in the case of the graphene fiber according to the embodiment , it can be seen that the D-band does not actually appear, and only the G-band appears. That is, it can be seen that in the graphene fiber according to the above embodiment, internal defect structures are removed as the primary graphene fiber is row-heated.
도 9를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 10mA(cycle 1), 20mA(cycle 2), 30mA(cycle 3), 40mA(cycle 4), 50mA(cycle 5), 및 60mA(cycle 6)의 전류가 인가된 경우, 각 경우에 대해 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 Current density(A cm-2)에 따른 Relative resistivity를 나타내었다. Referring to FIG. 9, 10mA (cycle 1), 20mA (cycle 2), 30mA (cycle 3), 40mA (cycle 4), 50mA (cycle 5), and 60mA (cycle 6) were applied to the graphene fiber according to the above embodiment. ) When a current of ) was applied, the relative resistivity according to the Current density (A cm -2 ) of the graphene fiber according to the above example was shown for each case.
도 9에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버는, 1차 그래핀 파이버에 가해지는 전류 값이 증가할수록 상대적 저항값이 작아지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 각 cycle 마다 전류가 인가될 때의 저항값과 비교하여 전류의 인가가 중지될 때의 저항값이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 전류가 인가될 때의 저항값과 비교하여 전류의 인가가 중지될 때의 저항값이 증가되는 량이, cycle 이 진행될수록 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버는, 1차 그래핀 파이버가 줄히팅됨에 따라, 내부의 결함 구조들이 제거되는 것을 알 수 있다. As can be seen in FIG. 9, it was confirmed that the relative resistance value of the graphene fiber according to the above embodiment decreases as the current value applied to the primary graphene fiber increases. In addition, it was confirmed that the resistance value when the current application was stopped increased compared to the resistance value when the current was applied in each cycle. In addition, it was confirmed that compared to the resistance value when the current was applied, the amount of increase in the resistance value when the application of the current was stopped decreased as the cycle progressed. Accordingly, it can be seen that in the graphene fiber according to the above embodiment, internal defect structures are removed as the primary graphene fiber is row-heated.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 전기적 특성을 나타내는 그래프이다. 10 and 11 are graphs showing the electrical characteristics of graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 그래핀 산화물 파이버(GOF), 1차 그래핀 파이버(GF), 및 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버(Current-treated GF) 각각에 대해 전압(V)에 따른 전류(mA)를 측정하였다. Referring to FIG. 10, the current (mA) according to the voltage (V) for each of the graphene oxide fiber (GOF), the primary graphene fiber (GF), and the graphene fiber (Current-treated GF) according to the above embodiment. ) was measured.
도 10에서 확인할 수 있듯이, 그래핀 산화물 파이버 및 1차 그래핀 파이버의 전압에 따른 전류 그래프의 기울기는 실질적으로 일치하지만, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 전압에 따른 전류 그래프의 기울기는, 상술된 기울기들보다 가파른 것을 알 수 있었다. 즉, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버는 그래핀 산화물 파이버 및 1차 그래핀 파이버와 비교하여 저항이 낮은 것을 알 수 있다. As can be seen in FIG. 10, the slope of the current graph according to voltage of the graphene oxide fiber and the primary graphene fiber is substantially the same, but the slope of the current graph according to voltage of the graphene fiber according to the above embodiment is as described above. I could see that it was steeper than the slopes shown. That is, it can be seen that the graphene fiber according to the above example has lower resistance compared to the graphene oxide fiber and the primary graphene fiber.
도 11의 (a)를 참조하면, 1차 그래핀 파이버에 전류가 인가되기 전(GF), 10 mA, 20 mA, 30 mA, 40 mA, 50 mA, 및 60 mA의 전류가 인가된 후의 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 대해 각각 Relative Resistivity에 따른 Peck Current Density(A cm-2)를 측정하였다. Referring to (a) of Figure 11, before the current is applied to the primary graphene fiber (GF), and after the current of 10 mA, 20 mA, 30 mA, 40 mA, 50 mA, and 60 mA is applied. Peck Current Density (A cm -2 ) according to Relative Resistivity was measured for each graphene fiber according to the example.
도 11의 (a)에서 확인할 수 있듯이, 1차 그래핀 파이버의 저항이 가장 낮게 나타났고, 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 경우, 1차 그래핀 파이버에 인가되는 전류값이 증가할수록 저항이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in (a) of FIG. 11, the resistance of the primary graphene fiber was the lowest, and in the case of the graphene fiber according to the embodiment, the resistance decreases as the current value applied to the primary graphene fiber increases. I was able to confirm that
도 11의 (b)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 인가되는 전류(mA)에 따른 그래핀 파이버의 전압(V) 및 저항(kΩ)을 측정하여 나타내었다. 도 11의 (b)에서 확인할 수 있듯이, 인가되는 전류값이 증가함에 따라 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 저항은 감소하는 것을 확인 할 수 있었다. 반면, 인가되는 전류값이 증가함에따라 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 전압은, 상승하다가 30 mA를 기점으로 실질적으로 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있었다. Referring to Figure 11 (b), the voltage (V) and resistance (kΩ) of the graphene fiber according to the current (mA) applied to the graphene fiber according to the above example were measured and shown. As can be seen in (b) of FIG. 11, it was confirmed that the resistance of the graphene fiber according to the embodiment decreased as the applied current value increased. On the other hand, as the applied current value increased, the voltage of the graphene fiber according to the embodiment increased and was confirmed to remain substantially constant starting at 30 mA.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 온도 변화를 나타내는 그래프이다. Figure 12 is a graph showing the temperature change of graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 인가되는 전류값에 따른 온도의 변화를 측정하여 나타내었다. 도 12에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버는, 인가되는 전류값이 증가함에 따라 온도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. Referring to Figure 12, the change in temperature according to the current value applied to the graphene fiber according to the above example was measured and shown. As can be seen in FIG. 12, the temperature of the graphene fiber according to the above embodiment was confirmed to increase as the applied current value increased.
도 13 및 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 발생하는 빛을 측정하고 촬영한 그래프 및 사진이다. Figures 13 and 14 are graphs and photographs taken by measuring light generated in a graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
도 13을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 40mA 내지 100mA의 전류가 인가되는 경우, 각각에 대해 Emission Wavelength(nm)에 따른 Sepctral Radiance(a.u.)를 측정하여 나타내었다. Referring to FIG. 13, when a current of 40 mA to 100 mA is applied to the graphene fiber according to the above example, the Sepctral Radiance (a.u.) according to the Emission Wavelength (nm) is measured and shown for each.
도 13에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버는, 인가되는 전류값이 증가함에 따라 Emission Wavelength(nm)에 따른 Sepctral Radiance(a.u.)값이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 인가되는 전류값이 증가함에 따라, 그래핀 파이버에서 발생하는 빛의 세기가 강해지는 것을 알 수 있었다. As can be seen in Figure 13, it was confirmed that the sepctral radiance (a.u.) value according to the emission wavelength (nm) of the graphene fiber according to the above embodiment increases as the applied current value increases. That is, it was found that as the current value applied to the graphene fiber according to the above embodiment increases, the intensity of light generated from the graphene fiber becomes stronger.
도 14의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 20mA, 40mA, 80mA, 및 100mA 의 전류가 인가된 경우, 상기 그래핀 파이버에서 발생하는 빛을 촬영한 사진이다. Referring to Figures 14 (a) to (d), when currents of 20 mA, 40 mA, 80 mA, and 100 mA are applied to the graphene fiber according to the above embodiment, photographs are taken of the light generated from the graphene fiber. am.
도 14의 (a) 내지 (d)에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 인가되는 전류값이 증가함에 따라, 상기 그래핀 파이버에서 발생하는 빛의 밝기가 더욱 밝아지는 것을 확인할 수 있었다. 이는, 인가되는 전류값이 증가함에 따라, 더욱 많은 전자들이 탄소의 핵과 충돌하면서 더욱 강한 복사에너지를 방출하는 것으로 판단된다. 즉, 도 13 및 도 14에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버에는 줄발열 현상이 발생하는 것을 알 수 있다. As can be seen in (a) to (d) of Figures 14, as the current value applied to the graphene fiber according to the above embodiment increases, the brightness of the light generated from the graphene fiber becomes brighter. there was. It is believed that as the applied current value increases, more electrons collide with the carbon nucleus and emit stronger radiant energy. That is, as can be seen in FIGS. 13 and 14, it can be seen that a Joule heating phenomenon occurs in the graphene fiber according to the above embodiment.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 전류가 인가되기 전과 인가된 후를 비교하는 사진이다. Figure 15 is a photograph comparing before and after current is applied to the graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
도 15의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 전류가 인가되기 전과, 인가된 후에 대해 각각 10μm의 scale로 SEM(scanning electron microscope) 촬영하였다. 도 15의 (a) 및 (b)에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 전류가 인가되기 전과 인가된 후는, 그래핀 파이버의 표면이 실질적으로 차이가 없는 것을 확인할 수 있었다. Referring to Figures 15 (a) and (b), scanning electron microscope (SEM) images were taken at a scale of 10 μm before and after the current was applied to the graphene fiber according to the above example. As can be seen in Figures 15 (a) and (b), it was confirmed that there was substantially no difference in the surface of the graphene fiber before and after the current was applied to the graphene fiber according to the above example.
도 16 및 도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 단면을 촬영한 사진이다. Figures 16 and 17 are photographs of a cross-section of a graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
도 16의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 전류가 인가되기 전, 40mA, 60mA, 및 80mA의 전류가 인가된 경우에 대해 각각 단면을 SEM 촬영하였다. 도 17의 (a) 내지 (d)는, 도 16의 (a) 내지 (d)를 각각 확대하여 SEM 촬영하였다. 도 16 및 도 17에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버들은 각각, 내부가 복수의 그래핀 시트가 적층된 형태를 갖는 것을 확인할 수 있었다. Referring to Figures 16 (a) to 16 (d), before the current was applied to the graphene fiber according to the above example, cross-sectional SEM images were taken for the cases where currents of 40 mA, 60 mA, and 80 mA were applied, respectively. Figures 17 (a) to (d) were SEM images taken by enlarging Figures 16 (a) to (d), respectively. As can be seen in FIGS. 16 and 17, it was confirmed that the graphene fibers according to the above embodiment each had a form in which a plurality of graphene sheets were stacked inside.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 인가되는 전류에 따른 내부 구조를 비교하는 그래프이다. Figure 18 is a graph comparing the internal structure according to the current applied to the graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
도 18을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 전류가 인가되기 전(GF), 10mA(GF10) 내지 100mA(GF100)의 전류가 인가된 경우에 대해 각각 Raman shift(cm-1)에 따른 Intensity(a.u.)를 측정하였다. Referring to FIG. 18, before the current is applied to the graphene fiber according to the above embodiment (GF), the Raman shift (cm -1 ) for the case where a current of 10 mA (GF10) to 100 mA (GF100) is applied, respectively. Intensity (au) was measured.
도 18에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 인가되는 전류값이 증가함에 따라, D-band에 나타나는 피크가 작아지는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 상기 실시 예에 다른 그래핀 파이버에 인가되는 전류값이 증가함에 따라, 내부의 결함이 없어지는 것을 알 수 있다. As can be seen in Figure 18, it was confirmed that as the current value applied to the graphene fiber according to the above embodiment increased, the peak appearing in the D-band became smaller. That is, it can be seen that as the current value applied to the graphene fiber according to the above example increases, the internal defect disappears.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버 내부의 특성을 나타내는 그래프이다. Figure 19 is a graph showing internal characteristics of a graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
도 19의 (a)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 10 mA 내지 100mA의 전류값 인가에 따른 ID/IG 및 전도도(S cm-1)를 측정하여 나타내었다. ID 및 IG는 도 18의 그래프에서 나타나는 D 피크의 세기와 G 피크의 세기를 나타낸다. Referring to (a) of FIG. 19, ID/IG and conductivity (S cm -1 ) according to application of a current value of 10 mA to 100 mA to the graphene fiber according to the above example were measured and shown. ID and IG represent the intensity of the D peak and the G peak shown in the graph of FIG. 18.
도 19의 (a)에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버는, 인가되는 전류값이 증가함에 따라, ID/IG 값은 감소하고, 전도도는 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, ID/IG 값이 감소하는 것은 그래핀 파이버 내의 sp2 구조가 점점 회복된다는 것을 의미하므로, 이로 인해 전기전도도가 증가하는 것으로 판단된다. As can be seen in (a) of FIG. 19, it was confirmed that the ID/IG value of the graphene fiber according to the above embodiment decreased and the conductivity increased as the applied current value increased. In other words, a decrease in the ID/IG value means that the sp2 structure in the graphene fiber is gradually recovered, which is believed to increase the electrical conductivity.
도 19의 (b)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 10 mA 내지 100mA의 전류값 인가에 따른 ID/IG 및La(nm)를 측정하여 나타내었다. La값은 그래핀 파이버 내에 배치된 그래핀 시트의 결정립 크기를 나타낸다. Referring to (b) of FIG. 19, ID/IG and L a (nm) were measured and shown according to the application of a current value of 10 mA to 100 mA to the graphene fiber according to the above example. The La value represents the grain size of the graphene sheet placed within the graphene fiber.
도 19의 (b)에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버는, 인가되는 전류값이 증가함에 따라 ID/IG 값은 감소하고, La 값은 증가하는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in (b) of FIG. 19, the ID/IG value of the graphene fiber according to the above embodiment was confirmed to decrease and the L a value to increase as the applied current value increased.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 구조적 특징을 그래파이트와 비교한 그래프이다. Figure 20 is a graph comparing the structural characteristics of graphene fiber and graphite according to an embodiment of the present invention.
도 20을 참조하면, 상기 그래핀 산화물 파이버(GOF), 상기 그래핀 파이버에 전류가 인가되기 전(GF), 40mA의 전류가 인가된 그래핀 파이버(GF40), 80mA의 전류가 인가된 그래핀 파이버(GF80), 및 그래파이트(graphite)에 대해 각각 Raman Shift(cm-1)에 따른 Intensity(a.u.)를 측정하여 나타내었다. Referring to Figure 20, the graphene oxide fiber (GOF), before the current is applied to the graphene fiber (GF), the graphene fiber (GF40) to which a current of 40 mA is applied, and the graphene to which a current of 80 mA is applied. Intensity (au) according to Raman Shift (cm -1 ) was measured and shown for fiber (GF80) and graphite, respectively.
도 20에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버는 1600cm-1 부분에서 나타나는 T-band의 형태가 인가되는 전류값이 높을수록 그래파이트가 나타내는 T-band의 형태와 유사하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in Figure 20, it can be seen that the shape of the T-band appearing at 1600 cm -1 in the graphene fiber according to the above embodiment appears similar to the shape of the T-band shown by graphite as the applied current value increases. there was.
도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버 내부의 탄소 및 산소의 비율을 나타내는 그래프이다. Figure 21 is a graph showing the ratio of carbon and oxygen inside a graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
도 21을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 전류가 인가되기 전(GF), 40mA의 전류가 인가된 경우(GF40), 및 80mA의 전류가 인가된 경우(GF80)에 대해 각각 탄소/산소 비율(C/O ratio)을 측정하여 나타내었다. Referring to FIG. 21, before a current is applied to the graphene fiber according to the above embodiment (GF), when a current of 40 mA is applied (GF40), and when a current of 80 mA is applied (GF80), carbon The /oxygen ratio (C/O ratio) was measured and expressed.
도 21에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 인가되는 전류값이 증가함에 따라, 탄소/산소 비율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 그래핀 파이버에 인가되는 전류값이 증가함에 따라, 그래핀 파이버 내부의 산소가 많이 제거되는 것을 알 수 있다. As can be seen in FIG. 21, it was confirmed that as the current value applied to the graphene fiber according to the above example increased, the carbon/oxygen ratio increased. In other words, it can be seen that as the current value applied to the graphene fiber increases, a lot of oxygen inside the graphene fiber is removed.
도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 WAXD 사진이고, 도 23 및 도 24는 도 22에서 촬영된 사진들의 특성을 분석하여 나타낸 그래프이다. Figure 22 is a WAXD photograph of a graphene fiber according to an embodiment of the present invention, and Figures 23 and 24 are graphs showing analysis of the characteristics of the photographs taken in Figure 22.
도 22의 (a) 내지 (e)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 전류가 인가되기 전, 40mA, 60mA, 80mA, 및 100mA의 전류가 인가된 경우에 대해, x-ray diffraction(WAXD) 촬영을 수행하였다. 이하, 도 22 의 (a) 내지 (e)에서 촬영된 사진들을 분석하여 상기 그래핀 파이버 내부에 배치된 그래핀 시트의 결정립 크기와 그래핀 시트들 사이의 거리에 대한 특성이 설명된다. Referring to (a) to (e) of Figure 22, before the current is applied to the graphene fiber according to the above embodiment, x-ray diffraction for the cases where currents of 40 mA, 60 mA, 80 mA, and 100 mA are applied. (WAXD) imaging was performed. Hereinafter, the characteristics of the grain size of the graphene sheet disposed inside the graphene fiber and the distance between the graphene sheets will be described by analyzing the photographs taken in (a) to (e) of FIG. 22.
도 23을 참조하면, 도 22의 (a), (b), (d), 및 (e)에서 촬영된 사진들을 분석하여 Azimuthal Angle(φ)에 따른 Intensity(a.u.)를 측정하여 나타내었다. 도 23의 (a)에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버는, 인가되는 전류값이 증가될수록, φ=90°에서 나타나는 피크가 가장 큰 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 23, the photos taken in (a), (b), (d), and (e) of FIG. 22 were analyzed and the Intensity (a.u.) according to Azimuthal Angle (ϕ) was measured and shown. As can be seen in (a) of FIG. 23, it was confirmed that the graphene fiber according to the above example had the largest peak at ϕ=90° as the applied current value increased.
도 23의 (b)를 참조하면, 도 22의 (a) 내지 (e)에서 촬영된 사진들을 분석하여 2θ degree에 따른 Intensity(a.u.)를 측정하여 나타내었다. 도 23의 (b)에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 다른 그래핀 파이버는, 전류값이 인가됨에 따라, 모두 24.5°이후에서 피크가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. Referring to (b) of FIG. 23, the photos taken in (a) to (e) of FIG. 22 were analyzed and intensity (a.u.) according to 2θ degree was measured and shown. As can be seen in (b) of FIG. 23, it was confirmed that the peaks appeared after 24.5° in all of the graphene fibers in the above example as the current value was applied.
도 24의 (a)를 참조하면, 도 22의 (a) 내지 (e)에서 촬영된 사진들을 분석하여 그래핀 시트들 사이의 거리(d002-spacing) 및 FWHM(full width-half maximum, degree)를 나타내었다. Referring to (a) of FIG. 24, the distance (d002-spacing) and FWHM (full width-half maximum, degree) between graphene sheets were analyzed by analyzing the photos taken in (a) to (e) of FIG. 22. indicated.
도 24의 (a)에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버는, 인가되는 전류값이 증가함에 따라 FWHM은 감소하지만, 그래핀 시트들 사이의 거리는 실질적으로 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in (a) of FIG. 24, the FWHM of the graphene fiber according to the above embodiment decreases as the applied current value increases, but the distance between the graphene sheets remains substantially constant. there was.
도 24의 (b)를 참조하면, 도 22의 (a) 내지 (e)에서 촬영된 사진들을 분석하여, 그래핀 시트의 결정립 크기(La) 와 적층된 그래핀 시트의 두께(Lc)를 나타내었다. Referring to (b) of FIG. 24, by analyzing the photos taken in (a) to (e) of FIG. 22, the grain size (L a ) of the graphene sheet and the thickness (L c ) of the stacked graphene sheet are determined. indicated.
도 24의 (b)에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버는, 인가되는 전류가 증가함에 따라, 그래핀 시트의 결정립 크기(La)가 현저히 증가하는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in (b) of FIG. 24, it was confirmed that the grain size (La) of the graphene sheet significantly increased as the applied current increased in the graphene fiber according to the above example.
도 25는 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 인가되는 전류값에 따른 내부 구조를 비교하는 그래프이다. Figure 25 is a graph comparing the internal structure according to the current value applied to the graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
도 25의 (a) 내지 (k)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 전류가 인가되기 전, 10mA 내지 100mA의 전류가 인가된 경우에 대해 각각 Raman shift(cm-1)에 따른 Intensity(a.u.)를 측정하여 나타내었다. 도 25의 (a) 내지 (k)에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 인가되는 전류값이 증가함에 따라, 내부의 결함 구조가 소멸되는 것을 확인할 수 있었다. Referring to (a) to (k) of FIG. 25, before the current is applied to the graphene fiber according to the above embodiment, when a current of 10 mA to 100 mA is applied, respectively, according to Raman shift (cm -1 ) Intensity (au) was measured and expressed. As can be seen from (a) to (k) of Figures 25, it was confirmed that as the current value applied to the graphene fiber according to the above embodiment increased, the internal defect structure disappeared.
도 26은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 인가되는 전류에 따른 내부 구조 변화를 나타내는 도면이다. Figure 26 is a diagram showing changes in the internal structure depending on the current applied to the graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
도 26을 참조하면, 상시 실시 예에 따른 그래핀 파이버에 전류가 인가되기 전(GF), 40mA의 전류가 인가된 경우(GF40), 80mA의 전류가 인가된 경우(GF80), 및 100mA의 전류가 인가된 경우(GF100)에 대해 각각 내부 구조를 나타내었다. Referring to Figure 26, before a current is applied to the graphene fiber according to the constant embodiment (GF), when a current of 40 mA is applied (GF40), when a current of 80 mA is applied (GF80), and a current of 100 mA The internal structure is shown for each case where is approved (GF100).
도 26에서 알 수 있듯이, 그래핀 파이버에 전류가 인가되기 전과 인가된 후 모두 그래핀 시트가 적층된 형태를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 전류가 인가되기 전 그래핀 파이버 내에 배치된 그래핀 시트의 결정립크기(La)는 3.79nm 를 나타내고, 그래핀 시트 사이의 거리(d002)는 3.6Å를 나타내고, 적층된 그래핀 시트의 두께(Lc)는 2.82 nm를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 40mA의 전류가 인가된 경우, La는 2.93nm, d002는 3.4Å, Lc는 3.33nm를 나타내고, 80mA의 전류가 인가된 경우, La는 12.4nm, d002는 3.4Å, Lc는 5nm를 나타내고, 100mA의 전류가 인가된 경우, La는 34nm, d002는 3.4Å, Lc는 6.86nm를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in Figure 26, it was confirmed that the graphene sheets had a stacked form both before and after the current was applied to the graphene fiber. In addition, the crystal grain size (L a ) of the graphene sheet placed in the graphene fiber before the current is applied is 3.79 nm, the distance between the graphene sheets (d 002 ) is 3.6 Å, and the stacked graphene sheets It was confirmed that the thickness (L c ) was 2.82 nm. In addition, when a current of 40 mA is applied, L a is 2.93 nm, d 002 is 3.4 Å, and L c is 3.33 nm, and when a current of 80 mA is applied, L a is 12.4 nm, d 002 is 3.4 Å, L c represents 5 nm, and when a current of 100 mA was applied, L a was confirmed to be 34 nm, d 002 was 3.4 Å, and L c was 6.86 nm.
즉, 상기 그래핀 파이버에 인가되는 전류값이 증가함에 따라, 그래핀 파이버 내부에 배치된 그래핀 시트의 결정립 크기 및 적층된 그래핀 시트의 두께는 증가되며, 그래핀 시트 사이의 거리는 일정하게 유지되는 것을 알 수 있다. That is, as the current value applied to the graphene fiber increases, the grain size of the graphene sheet placed inside the graphene fiber and the thickness of the stacked graphene sheet increase, and the distance between the graphene sheets remains constant. You can see that it happens.
도 27은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버의 온도를 촬영한 사진 및 그래프이다. Figure 27 is a photograph and graph of the temperature of the graphene fiber according to an embodiment of the present invention.
도 27의 (a)를 참조하면, 1차 그래핀 파이버(GF) 및 100mA의 전류가 인가된 그래핀 파이버(GF100)을 IR 카메라를 통해 열화상 이미지를 촬영하였다. 도 27의 (b)를 참조하면, 도 27의 (a)에서 촬영된 사진들을 그래프로 나타내었다. 도 27의 (a) 및 (b)에서 알 수 있듯이 상기 그래핀 파이버는, 전류가 인가됨에 따라 열적 안정성이 증가되는 것을 확인할 수 있었다. Referring to (a) of Figure 27, thermal images were taken of the primary graphene fiber (GF) and the graphene fiber (GF100) to which a current of 100 mA was applied using an IR camera. Referring to (b) of FIG. 27, the photos taken in (a) of FIG. 27 are shown in a graph. As can be seen in Figures 27 (a) and (b), it was confirmed that the thermal stability of the graphene fiber increased as current was applied.
도 28은 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버와 구리 와이어의 특성을 비교한 그래프이다. Figure 28 is a graph comparing the characteristics of graphene fiber and copper wire according to an embodiment of the present invention.
도 28을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버와 구리 와이어 각각에 대해, 온도에 따른 Relative conductrance를 측정하여 나타내었다. 도 28에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버는, 온도가 상승하는 경우에도, 구리 와이어와 비교하여 높은 conductrance를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 28, the relative conductance according to temperature was measured for each of the graphene fiber and copper wire according to the above example. As can be seen in Figure 28, it was confirmed that the graphene fiber according to the above example exhibits higher conductance compared to the copper wire even when the temperature rises.
도 29는 본 발명의 실시 예에 따른 그래핀 파이버와 공기중 산소와의 반응을 나타내는 그래프이다. Figure 29 is a graph showing the reaction between graphene fiber and oxygen in the air according to an embodiment of the present invention.
도 29를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버가 1시간 동안 외부에 노출된 경우, 전압(V) 및 전류(A)의 변화를 측정하여 나타내었다. 도 29에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버는, 1시간 동안 외부에 노출됨에도 불구하고, 전압(V) 및 전류(A)에 변화가 없는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 상기 실시 예에 따른 그래핀 파이버는, 외부 공기에 노출되는 경우에도 산소와 반응하지 않는 것을 알 수 있다. Referring to Figure 29, when the graphene fiber according to the above example was exposed to the outside for 1 hour, changes in voltage (V) and current (A) were measured and shown. As can be seen in Figure 29, it was confirmed that the graphene fiber according to the above example had no change in voltage (V) and current (A) despite being exposed to the outside for 1 hour. That is, it can be seen that the graphene fiber according to the above example does not react with oxygen even when exposed to external air.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.Above, the present invention has been described in detail using preferred embodiments, but the scope of the present invention is not limited to the specific embodiments and should be interpreted in accordance with the appended claims. Additionally, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.
10: 소스 용액
20: 응고 용액
30: 그래핀 산화물 파이버
40: 환원 용액
50: 1차 그래핀 파이버
60: 2차 그래핀 파이버
100: 소스 용기
120: 방사구
130: 가이드 롤러
140: 윈딩 롤러
200: 응고욕
300: 챔버
310: 전극
320: 가스 주입구
330: 전원
400: 롤투롤 장치
410: 롤러
420: 전극10: Source solution
20: coagulation solution
30: graphene oxide fiber
40: reducing solution
50: Primary graphene fiber
60: Secondary graphene fiber
100: Sauce container
120: spinneret
130: Guide roller
140: winding roller
200: Coagulation bath
300: Chamber
310: electrode
320: gas inlet
330: power
400: Roll-to-roll device
410: roller
420: electrode
Claims (15)
상기 소스 용액을 응고 용액 내에 방사시켜, 그래핀 산화물 파이버(fiber)를 제조하는 단계;
상기 그래핀 산화물 파이버를 환원시켜, 1차 그래핀 파이버를 제조하는 단계; 및
상기 1차 그래핀 파이버를 줄히팅(joule heating)하여 2차 그래핀 파이버를 제조하는 단계를 포함하되, 상기 1차 그래핀 파이버는 줄히팅 됨에 따라, 상기 1차 그래핀 파이버 내의 비정질 탄소들이 결정화되는 것을 포함하고,
상기 그래핀 산화물 파이버를 환원시켜 1차 그래핀 파이버를 제조하는 단계에서 상기 1차 그래핀 파이버의 환원 레벨이 증가하도록 상기 그래핀 산화물 파이버가 환원되고,
상기 2차 그래핀 파이버를 제조하는 단계에서 상기 1차 그래핀 파이버의 줄히팅을 위해 상기 1차 그래핀 파이버에 인가되는 전류값이 증가하도록 제어되는 것을 포함하는 그래핀 파이버의 제조 방법.
Preparing a source solution containing graphene oxide;
manufacturing graphene oxide fibers by spinning the source solution into a coagulation solution;
Reducing the graphene oxide fiber to produce a primary graphene fiber; and
A step of manufacturing a secondary graphene fiber by joule heating the primary graphene fiber, wherein as the primary graphene fiber is joule-heated, the amorphous carbon in the primary graphene fiber crystallizes. Including becoming,
In the step of producing a primary graphene fiber by reducing the graphene oxide fiber, the graphene oxide fiber is reduced so that the reduction level of the primary graphene fiber increases,
A method of manufacturing a graphene fiber comprising controlling the current value applied to the primary graphene fiber to increase for string heating of the primary graphene fiber in the step of manufacturing the secondary graphene fiber.
상기 소스 용액 내의 상기 그래핀 산화물의 농도가 증가함에 따라,
상기 2차 그래핀 파이버의 전기전도도가 증가하는 것을 포함하는 그래핀 파이버의 제조 방법.
According to claim 1,
As the concentration of the graphene oxide in the source solution increases,
A method of producing a graphene fiber comprising increasing the electrical conductivity of the secondary graphene fiber.
상기 소스 용액의 방사 속도가 증가함에 따라,
상기 2차 그래핀 파이버를 제조하는 단계에서, 상기 1차 그래핀 파이버의 줄히팅을 위해 상기 1차 그래핀 파이버에 인가되는 전류값이 증가되는 것을 포함하는 그래핀 파이버의 제조 방법.
According to claim 1,
As the spinning rate of the source solution increases,
In the step of manufacturing the secondary graphene fiber, a method of manufacturing a graphene fiber comprising increasing the current value applied to the primary graphene fiber for string heating of the primary graphene fiber.
상기 소스 용액 내의 상기 그래핀 산화물의 농도, 또는 상기 소스 용액의 방사 속도가 제어됨에 따라, 상기 2차 그래핀 파이버의 신장률이 제어되는 것을 포함하는 그래핀 파이버의 제조 방법.
According to claim 1,
A method of producing a graphene fiber comprising controlling the elongation rate of the secondary graphene fiber as the concentration of the graphene oxide in the source solution or the spinning speed of the source solution is controlled.
상기 1차 그래핀 파이버를 제조하는 단계는,
환원제를 포함하는 환원 용액을 준비하는 단계; 및
상기 환원 용액 내에 상기 그래핀 산화물 파이버를 침지시키는 단계를 포함하는 그래핀 파이버의 제조 방법.
According to claim 1,
The step of manufacturing the primary graphene fiber is,
Preparing a reducing solution containing a reducing agent; and
A method of producing a graphene fiber comprising the step of immersing the graphene oxide fiber in the reducing solution.
상기 2차 그래핀 파이버를 제조하는 단계는, 롤투롤(roll-to-roll) 공정으로 수행되는 것을 포함하는 그래핀 파이버의 제조 방법.
According to claim 1,
A method of producing a graphene fiber, comprising performing the step of manufacturing the secondary graphene fiber in a roll-to-roll process.
상기 롤투롤 공정에서, 롤러(roller)는 전극으로 사용되는 것을 포함하는 그래핀 파이버의 제조 방법.
According to clause 8,
In the roll-to-roll process, a method of manufacturing graphene fiber comprising using a roller as an electrode.
상기 2차 그래핀 파이버는, 복수의 그래핀 시트가 응집되어 일 방향으로 연장하는 것을 포함하고,
상기 1차 그래핀 파이버의 환원 레벨이 증가하도록 상기 그래핀 산화물 파이버가 환원되고,
상기 1차 그래핀 파이버의 줄히팅을 위해 상기 1차 그래핀 파이버에 인가되는 전류값이 증가하도록 제어된 것을 포함하는 그래핀 파이버.
The primary graphene fiber is a reduced graphene oxide fiber and includes a secondary graphene fiber in which the graphene oxide fiber is Joule heated.
The secondary graphene fiber includes a plurality of graphene sheets aggregated and extending in one direction,
The graphene oxide fiber is reduced so that the reduction level of the primary graphene fiber increases,
A graphene fiber that is controlled to increase the current value applied to the primary graphene fiber for string heating of the primary graphene fiber.
상기 1차 그래핀 파이버의 결정화도는, 상기 2차 그래핀 파이버의 결정화도 보다 낮은 것을 포함하는 그래핀 파이버.
According to claim 10,
A graphene fiber wherein the crystallinity of the primary graphene fiber is lower than that of the secondary graphene fiber.
상기 1차 그래핀 파이버 및 상기 2차 그래핀 파이버는, 각각, 복수의 상기 그래핀 시트가 적층된 적층 구조체를 포함하되,
상기 2차 그래핀 파이버의 상기 적층 구조체의 두께 및 상기 그래핀 시트의 결정립 크기는, 상기 1차 그래핀 파이버의 상기 적층 구조체의 두께 및 상기 그래핀 시트의 결정립 크기보다 큰 것을 포함하는 그래핀 파이버.
According to claim 10,
The primary graphene fiber and the secondary graphene fiber each include a stacked structure in which a plurality of the graphene sheets are stacked,
The thickness of the layered structure of the secondary graphene fiber and the grain size of the graphene sheet are larger than the thickness of the layered structure of the primary graphene fiber and the grain size of the graphene sheet. .
상기 1차 그래핀 파이버에 인가되는 전류값이 증가됨에 따라, 상기 2차 그래핀 파이버의 전기전도도가 증가되는 것을 포함하는 그래핀 파이버.
According to claim 10,
As the current value applied to the primary graphene fiber increases, the electrical conductivity of the secondary graphene fiber increases.
상기 1차 그래핀 파이버 내에 복수의 상기 그래핀 시트의 배향도에 따라, 상기 1차 그래핀 파이버에 인가되는 전류값이 제어되는 것을 포함하는 그래핀 파이버.
According to claim 10,
A graphene fiber comprising controlling a current value applied to the primary graphene fiber according to the degree of orientation of the plurality of graphene sheets within the primary graphene fiber.
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006098275A1 (en) * | 2005-03-15 | 2006-09-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fixing device, heating roller, and image forming device |
| WO2017018766A1 (en) * | 2015-07-24 | 2017-02-02 | 주식회사 엘지화학 | Apparatus for manufacturing carbon nanotube fiber |
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Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| WO2006098275A1 (en) * | 2005-03-15 | 2006-09-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fixing device, heating roller, and image forming device |
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| WO2017018766A1 (en) * | 2015-07-24 | 2017-02-02 | 주식회사 엘지화학 | Apparatus for manufacturing carbon nanotube fiber |
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